锆掺杂对介孔二氧化钛催化性能的优化

采用溶胶-凝胶法制备二氧化钛晶须及钛锆复合氧化物,研究锆掺杂对介孔二氧化钛催化性能的优化,采用X 射线衍射(XRD)仪、扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)分析、以NH3为分子探针傅里叶红外(FT-IR)及N2物理吸附(BET法)等测试手段,分别考察锆掺杂对二氧化钛晶型、晶粒形貌、固体表面酸性、比表面积的影响.结果表明,锆掺杂可以稳定锐钛矿晶型,改变TiO2结晶形貌,增强二氧化钛固体酸性,增大介孔二氧化钛比表面积,从而优化介孔二氧化钛的催化性能.基于TiO2作为脱硝催化剂,以NH3为还原剂进行NO的选择性催化还原脱除,锆掺杂明显拓宽催化活性温度窗口,往高温区偏移50～100 ℃,最高催化活性提高26.9%.     

电解液中甲酰胺浓度对阳极氧化制备TiO_2纳米管阵列形貌和光催化性能的影响

分别以0.5%HF水溶液(A)、0.3 mol/L NH4F+70%H2O+30%甲酰胺(体积分数)(B)、0.3 mol/L NH4F+30%H2O+70%甲酰胺(体积分数)(C)和0.3 mol/L NH4F+3%H2O+97%甲酰胺溶液电解液(体积分数)(D)作为电解液,对比研究甲酰胺含量对电化学阳极氧化TiO2纳米管阵列的形貌、结构和光催化性能的影响。结果表明:TiO2纳米管阵列长度随甲酰胺含量的增加而增加;水基电解液A中制备的纳米管长度、壁厚和管径分别约为600、20和100 nm,且分布不均匀;甲酰胺基电解液D中制备的纳米管长度、壁厚和管径分别约为10μm、5 nm和60 nm,且管径分布均匀;样品在O2中经450℃退火2 h后,发现甲酰胺基电解液A中制备的TiO2纳米管为单相锐钛矿结构,其它样品则为复合锐钛矿相和金红石相结构。光催化降解甲基橙的结果表明:随着TiO2纳米管阵列的厚度增加及管壁减小,紫外光光催化效率明显提高。     

A Novel Way to Fabricate Fe Doped TiO2 Nanotubes by Anodization of TiFe Alloys

研究在乙二醇和NH4F混合电解液中通过阳极氧化Ti-xFe合金制备自组装、高度有序的Ti-Fe-O纳米管阵列薄膜,以及该薄膜的Uv-Vis(200-1000nm)光响应性能。薄膜形貌的关键影响因素为Fe含量。随着Fe含量的增加,纳米管阵列的表面越平整,而纳米管的底部越无序。GAXRD和光响应测试表明,Fe成功地掺杂在纳米管层中,并导致纳米管具有明显的可见光响应。利用该工艺在Ti-12Fe合金表面制备的样品在可见光谱范围内具有大的光响应能力。     

有机电解液中钛基材表面TiO2纳米管阵列生长机制的研究

采用恒压阳极氧化法在有机电解液(NH4F/甘油、NH4F/乙二醇)中制备TiO2纳米管阵列,研究了阳极氧化电压、时间、电解液成分对纳米管阵列形貌、生长过程的影响,并提出了有机电解液中TiO2纳米管阵列的生长机制.研究表明:有机电解液中,获得纳米管阵列的电压范围更为宽泛,纳米管的生长时间也更长;在不同含水量的有机电解液中,可以制备出形貌不同的纳米管阵列;有机溶剂的高粘度、低含氧量提高了纳米管生长速度的同时控制着纳米管的腐蚀速度,因此在有机电解液中可以制备更大长径比的TiO2纳米管阵列;乙二醇电解液中纳米管的生长速度大于甘油电解液,并可制各出64μm的TiO2纳米管阵列.     

离子浓度对TiO_2纳米管阵列的影响

采用阳极氧化法在纯钛片表面得到了一种规整有序的TiO2纳米管阵列.利用SEM观察纳米管阵列的形貌,用XRD分析其晶型.并考察了阳极氧化电压、F浓度和溶液的pH值对纳米管阵列形貌和长度的影响.以罗丹明B溶液为目标降解物研究了TiO2纳米管阵列的光催化活性.结果表明,F浓度不仅影响纳米管阵列的形成时间,而且对纳米管阵列的形貌和长度也有一定的影响;溶液的pH值不仅影响纳米管阵列的长度,在很大程度上也影响纳米管阵列的表面形貌.阳极氧化法制备的TiO2纳米管阵列为无定型,在450℃空气中焙烧2h晶相主要为锐钛矿型TiO2,表现出较好的光催化活性.     

阳极氧化法制备Zr-17Nb合金表面氧化物纳米管阵列及其性能研究

利用电化学阳极氧化技术,在含有丙三醇、0.35 mol/L NH4F和5%H2O (体积分数)的溶液中,在Zr-17Nb合金表面制备了高度有序的氧化物纳米管阵列。使用XRD、SEM、HRTEM、EDS和XPS对纳米管阵列的结构、形貌和成分进行了详细研究。结果表明,在恒定外加电压70 V的条件下,阳极氧化过程中Zr和Nb的氧化溶解速率保持一致。450℃退火处理后,纳米管膜层由无定型态转化为晶态,由正交相ZrO2和正交相锆铌氧化物(Nb2Zr6O17)组成。退火处理后,纳米管膜层弹性模量降低,硬度提高。同时,纳米管阵列表面水接触角减小,呈现更好的亲水性。     

阳极氧化法在曲面上制备氧化锆纳米管阵列

在甲酰胺+甘油(体积比1:1)+1wt%NH4F+1wt%H2O的混合溶液中,以直径1mm的锆丝为阳极,以石墨筒为对电极,采用阳极氧化法在锆丝表面制备出长度约30μm、管径120～150nm的氧化锆纳米管阵列。通过扫描电镜、透射电镜和X射线衍射仪对氧化物的形貌、组成和物相结构进行了表征。分别以铂片和石墨棒作对电极的实验表明,对电极的形状对纳米管阵列的形成有显著影响。对氧化锆纳米管阵列的形成机理进行了初步探讨。     

用乳酸溶液为电解质制备TiO2纳米管阵列

为了开发自组织阳极氧化制备TiO2纳米管阵列的新体系,以乳酸／NH4F混合溶液为电解质,研究了阳极氧化制备TiO2纳米管阵列的影响因素及形成机理。采用X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）对样品进行检测,并通过观察阳极氧化过程中的电流-时间变化曲线,探讨TiO2纳米管阵列的形成机理。结果表明：阳极氧化电压、时间及电解质溶液的黏度是影响TiO2纳米管阵列结构和形貌的主要因素,在40V阳极氧化电压下,制备出平均管径高达180nm的纳米管,所获得的TiO2纳米管阵列为无定型结构,300℃热处理以后转变为锐钛矿型TiO2。     

Zr和N共掺杂TiO2的制备、表征及其光催化性能

利用水解沉淀法制备TiO2、N-TiO2、Zr-TiO2以及Zr和N共掺杂的纳米TiO2,用TEM、XRD、XPS和UV-Vis-DRs等方法对光催化剂的结构、元素组成和对可见光的响应等性能进行表征,并以甲基橙为目标降解物,测试其光催化降解效果。结果表明,Zr掺杂能够降低TiO2光催化剂的粒径;Zr和N共掺杂可以起到协同作用,提高样品的光催化活性,同时增强样品在可见光区的响应。Zr和N共掺杂TiO2在高压汞灯光照下比TiO2具有更好的光催化效果,2%Zr和N共掺杂TiO2光照3h后对甲基橙的降解率比纯TiO2提高32%。     

自组织TiO_2纳米管阵列的制备及形成机理

采用电化学阳极氧化法,在纯Ti表面一步制得原位生长的自组织TiO2纳米管阵列。采用扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外?可见光漫反射吸收光谱(UV-visDRS)对煅烧后样品进行表征,并探讨纳米管阵列的形成机理。结果表明,在优化的制备参数条件下,所得TiO2纳米管排列整齐,平均管径约为150nm,平均管长约为400nm,且对400~700nm可见光有较大吸收。XPS分析发现,0.35%(摩尔分数)的F原子掺杂进入TiO2晶格中。可见光催化降解染料AO7的结果表明,673K煅烧的F-TiO2纳米管对AO7的去除率达到37.2%。     

氮掺杂SrTiO_3/TiO_2纳米管阵列的可见光催化性能研究

利用N掺杂和构建异质结结构改善Ti O2基光催化剂的可见光催化性能。通过水热反应法在氢氧化锶溶液中将阳极氧化Ti O2纳米管阵列转化为Sr Ti O3/Ti O2复合纳米管阵列结构,并随后在NH3中退火对Sr Ti O3/Ti O2进行N掺杂。利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)仪、紫外可见吸收(UV-vis)和X射线光电子能谱(XPS)分析了样品的形貌、结构、成分、光谱吸收范围和元素组成。样品的可见光催化降解实验表明,N-Sr Ti O3/Ti O2表现出最佳的可见光催化活性。     

新型TiO2 NTs制备和结构控制及其硝基苯光催化性能研究

实验采用二次阳极氧化法制备高度有序的阵列式TiO2纳米管（TiO2 NTs）,分别利用扫描电镜（SEM）、能谱仪（EDS）、X射线衍射仪（XRD）和紫外-可见漫反射光谱仪（UV-vis DRS）对制得的TiO2 NTs的微观形貌及光响应范围进行表征与测试。SEM显示经过二次阳极氧化处理后,TiO2 NTs的形貌发生较大改变,呈现出良好的阵列效果。UV-vis DRS光谱显示光响应范围明显发生红移。将硝基苯作为目标有机污染物,利用TiO2 NTs作为光催化剂对其进行光催化降解。结果显示,TiO2 NTs能有效降解废水中的硝基苯,并且经二次阳极氧化制得的阵列式TiO2纳米管（2-step TiO2 NTs）的光催化活性远远优于经一次氧化的TiO2纳米管（1-step TiO2 NTs）,能显著提高对硝基苯的降解效率。推测活性增加的原因是经二次氧化形成的阵列式双层纳米管结构增大了催化剂的比表面积,同时增加光通道,使TiO2纳米管吸光范围显著增大,提升硝基苯的降解速率。     

Characteristics of N-doped TiO2 nanotube arrays by N2-plasma for visible light-driven photocatalysis

N-doped TiO₂ nanotube arrays were prepared by electrochemical anode oxidation of Ti foil followed by treatment with N₂-plasma and subsequent annealed under Ar atmosphere. The morphologies, composition and optical properties of N-doped TiO₂ nanotube arrays were characterized using field-emission scanning electron microscope (FE-SEM), transmission electron microscope (TEM), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), X-ray diffraction spectrometer (XRD), Photoluminescence (PL) and UV-vis diffusion reflection spectroscopy (UV-vis DRS). Methylene blue (MB) solution was utilized as the degradation model to evaluate the photocatalytic activity of the samples under visible light irradiation. The results suggested N₂-plasma treatment created doping of nitrogen onto the surface of photoelectrodes successfully and the N-doped TiO₂ nanotube arrays display a significantly enhancement of the photocatalytic activity comparing with the pure TiO₂ nanotube arrays under the visible light irradiation.     

An Energy-Efficient Electrochemical Method for CuO-TiO2 Nanotube Array Preparation with Visible-Light Responses

A rapid and energy-efficient method was presented for preparing CuO-TiO₂ nanotube arrays.TiO₂ nanotube arrays were first prepared by anodic oxidation using titanium anode and platinum cathode.Then,the formed TiO₂ nanotube arrays and Pt were used as cathode and anode,respectively,for subsequent formation of CuO-TiO₂ nanotube arrays,through an electrochemical process in a solution of 0.1 mol/L CuSO₄.The morphology and composition of the CuO-TiO₂ nanotube arrays were characterized using field-emission scanning electron microscopy,X-ray photoelectron spectroscopy（XPS）,X-ray diffraction（XRD）,and UV-Vis diffusion reflection spectroscopy（UV-Vis DRS）.XPS and XRD analyses suggested that the Cu element in the nanotubes existed in CuO form,and its content changed along with the voltage during the second electrochemical process.The photocatalytic activities of the CuO-TiO₂ nanotube arrays were evaluated by the degradation of a model dye,rhodamine B.The results showed that Cu incorporation aroused wide visible-light adsorption and improved the photocatalytic efficiency of TiO₂nanotube arrays significantly under visible-light irradiation.The stability of the CuO-TiO₂ nanotube arrays was also detected.     

g-C3N4/TiO2纳米管阵列的制备及光催化性能的研究

目的 获得在可见光下光催化活性较好,且可回收、可重复利用的光催化材料。方法 在钛基底上采用阳极氧化法制备TiO2纳米管阵列（TiO2 NTAs）,将TiO2 NTAs在10%尿素溶液中浸渍不同时间后,在氮气保护下高温热分解,制备g-C3N4/TiO2 NTAs复合薄膜。采用XRD、SEM、TEM对复合薄膜进行物相及形貌的表征,在可见光照射下,通过亚甲基蓝溶液的催化降解实验来评估复合薄膜的光催化活性。结果 在10%尿素溶液中浸渍不同时间后所获得的g-C3N4/TiO2 NTAs样品,其可见光催化活性均较纯TiO2 NTAs有所提高,而且随浸渍时间的增加,其可见光催化活性依次增加。浸渍时间为6 h的g-C3N4/TiO2 NTAs样品,在可见光下的光催化活性最高,在120 min内对亚甲基蓝的降解率可达73%。继续增加浸渍时间,所获得的TiO2 NTAs样品的可见光催化活性有所降低。结论 g-C3N4与TiO2 NTAs复合,可以有效提高TiO2 NTAs的光催化活性,其原因是g-C3N4的复合提高了载流子的传递效率,同时也提高了对可见光的吸收。     

石墨相碳化氮复合材料的制备及其可见光光催化性能的研究

目的提高半导体石墨相氮化碳(g-C_3N_4)的光催化性能。方法通过Hummers法和半封闭一步热裂解法制备了氧化石墨烯(GO)和g-C_3N_4,再分别利用溶剂热法、热缩聚法和浸渍化学还原法制得相应的TiO_2/g-C_3N_4、ZnO/g-C_3N_4、RGO/g-C_3N_4复合材料。采用X-射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见漫反射吸收光谱(UV-Vis DRS)和傅里叶变换红外光谱(FT-IR)等手段对复合材料进行表征,并以降解罗丹明B(Rh B)来评价其在可见光下的光催化性能。结果以尿素与三聚氰胺的混合物为原料通过热裂解法制备的g-C_3N_4,比使用纯尿素制备的g-C_3N_4具有更优的催化效果。TiO_2、ZnO、RGO的引入提高了g-C_3N_4的光催化活性,Rh B的降解率分别为95.6%、95.0%、78.1%。RGO质量分数为2.0%时,RGO/g-C_3N_4复合材料的催化效率最高。结论通过g-C_3N_4特殊的能带调控优势与TiO_2、ZnO、RGO的协同作用,提高了复合材料在可见光区的吸收强度和电子传导能力,进而提高了在可见光下的光催化性能。     

N-doped TiO2 nanotube arrays: Synthesis by anodic oxidation in an Ionic Liquid ([BMIM]BF4) and Assessment of Photocatalytic Properties

本文简述了以HF水溶液为电解液,离子液体（1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐 [BMIM]BF4）为N源,采用阳极氧化法制备N掺杂TiO2纳米管阵列。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射光谱(XRD)、X射线光电子能谱（XPS）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）和紫外-可见漫反射光谱（DRS）对N掺杂TiO2纳米管阵列的表面形貌、晶型和氮元素的掺杂方式进行分析。以球形氙灯为光源,亚甲基蓝溶液为目标物质测试N掺杂TiO2纳米管阵列的光催化活性。N掺杂TiO2纳米管阵列对亚甲基蓝溶液的降解率明显高于未掺杂的TiO2纳米管阵列。这是因为N掺杂后产生杂质能级使禁带宽度变窄,并且N掺杂进入TiO2晶格中形成O-Ti-N 键和Ti- O-N键,使氧空位数量增加,从而使光催化活性提高。     

Optical and Photocatalytic Properties of Cu-Cu2O/TiO2 Two-Layer Nanocomposite Films on Si Substrates

通过磁控溅射法在TiO2薄膜上生长Cu-Cu2O复合层,从而制备新型Cu-Cu2O/TiO2双层纳米复合薄膜。并采用X射线衍射（XRD）,扫描电子显微镜（SEM）,荧光光谱（PL）,X射线光电子能谱（XPS）和紫外可见漫反射光谱（DRS）等方法对膜的结构,形态和光学性能进行了研究。X射线衍射谱表明,Cu-Cu2O混合物层和Cu2O层都没有影响TiO2的结晶相。XPS结果表明,Cu的存在抑制了Cu2O表面在空气中的氧化。SEM分析表明,结晶良好的Cu-Cu2O混合物微小纳米颗粒均匀分散于TiO2表面。由于紫外可见漫反射光谱的Cu-Cu2O/TiO2复合薄膜的吸收边发生红移。PL光谱证实了在Cu的存在下,激发电子和空穴的复合率降低。光催化实验表明,与纯Cu2O/TiO2相比,所制备的Cu-Cu2O/TiO2-8显示出更高的光生载流子效率,其光催化性能也显著提高。此外,还对Cu-Cu2O/TiO2-8光催化活性增强的原因进行了讨论     

氮掺杂二氧化钛薄膜的制备与光催化性能

采用溶胶-凝胶法制备了氮掺杂改性的TiO2薄膜,用表面形貌仪、扫描电镜和光电子能谱仪等分析薄膜的厚度、表面形貌和成分,研究了薄膜对亚甲基蓝的光催化降解速率.结果表明,通过加入尿素实现了氮离子在TiO2晶格间的间隙掺杂和替位掺杂.薄膜厚度在50～200 nm之间,表面平整.氮离子掺杂使TiO2薄膜的光催化活性大大提高,当氮掺杂TiO2薄膜中N/Ti原子比为0.015时,单层氮掺杂TiO2薄膜降解亚甲基蓝一半所需要的时间为2.5 h.